Przerób oscyloskop analogowy na cyfrowy (wersja minimalistyczna)

Cyfrowe oscyloskopy są dostępne na rynku od kilkudziesięciu lat, a od kilkunastu lat tego rodzaju urządzenia są w zasadzie jedynymi dostępnymi w sklepach oscyloskopami. Postęp techniki sprawił, że cyfrowe przetwarzanie sygnałów dominuje obecnie w warsztatach, nawet hobbystycznych. Nie są to jednak najtańsze urządzenia.

Oscyloskopy analogowe o przyzwoitych parametrach są dostępne na wielu aukcjach na portalach. Łatwo kupić można taki oscyloskop, nie wydając na to zbyt wiele pieniędzy. Niestety urządzenia te pozbawione są wielu wartościowych funkcji, takich jak na przykład kursory, służące do obliczania napięcia czy czasu.

Na stronie Fads To Obsessions znaleźć możemy ciekawe rozwiązanie tego problemu analogowych oscyloskopów. Prosta przeróbka z wykorzystaniem kamery na USB pozwala nam dodać do starego analogowego urządzenia w pełni cyfrowe funkcje. Do przeróbki wystarczy program ze strony i instalacja oraz kalibracja systemu w kilku prostych krokach:

1. Wykorzystując dowolną kamerkę webową podłączoną do komputera PC, zbieraj obraz z ekranu oscyloskopu. Do instalacji kamery na urządzeniu wykorzystać można np. zaprezentowany na filmiku uchwyt z druku 3D.
2. Zapisz na dysku obraz (film AVI lub zdjęcie JPG) z ustawieniami oscyloskopu.
3. Wprowadź ustawienia podstawy czasu i napięcia do programu.
4. Korzystając z wbudowanych w oprogramowanie kursorów, obliczyć można różnicę czasu, napięcie między dwoma punktami oraz częstotliwość.
5. Wyliczyć można wypełnienie sygnału, różnice w czasie i czas narastania sygnału na obrazie.
6. Korzystając z generatora częstotliwości, wyliczyć można także pojemność lub indukcyjność elementu podłączonego do urządzenia.

Na poniższym filmiku widać, jak przebiega instalacja i wykorzystanie tego systemu.



Źródło: https://www.eeweb.com/member-projects/convert-analog-oscilloscope-into-digital-storage-oscilloscope-poor-mans-version[/quote]

Niektóre modele analogowe posiadały różne funkcje liczące.

Na uczelnianym Hamegu był licznik Vpp, na moim Schlumbergerze 5228 jest podwójna podstawa czasu dzięki której można wyznaczyć zarówno okres,przesunięcie jak i amplitudę sygnału.

Nieprawdą jest też że nie da się zrobić single shot(2:06).
Kiedyś sobie radzono właśnie używając kamery z długim naświetlaniem.
Jak mignął przebieg to się zapisywało na kliszy. Czemu więc nie zrobić po prostu kamery cyfrowej która będzie realizować identyczną funkcję ? Ewentualnie nagrywanie i potem analiza pojedynczych klatek.
Mój oscyloskop analogowy posiada funkcję single-shot właśnie w tym celu.
A w przypadku innych wystarczy ustawić wyzwalaną podstawę czasu i jeśli nie dojdzie do ponownego wyzwolenia (tj. np. badamy narastanie napięcia w zasilaniu) to też można w ten sposób zarejestrować pojedynczy przebieg. Ewentualnie można też zrobić drobną przystawkę jeśli oscyloskop ma wejście zewnętrznej synchronizacji(większość ma).

Natomiast samo odczytywanie podziałki to nie jest taki problem.
Po jakimś czasie człowiek sam już automatycznie przelicza w głowie i jest w stanie z dosyć dużą dokładnością odczytać wartości.

W oscyloskopach analogowych na obecną chwillę problemem nie jest ani brak kursorów ani tryb single.

Problemem jest ich kompletna nieprzydatność do badania przebiegów cyfrowych które z natury nie są okresowe.

Są też zastosowania w których nadal stary dobry analog da sobie lepiej radę jak tryb X-Y czy takie oto przebiegi:

Chyba miałeś tego Siglenta ustawionego w tryb łączenia punktów w których próbkuje linią i taki efekt.
Linia.


Punkty

[/img][/youtube]

Sam pomysł jest ciekawy, jak przeczytałem, że wykorzystuje kamerę USB (kamerę internetową), to przypomniał mi się problem związany z klatkami na sekundę, przez który poczułem się bardzo zawiedziony, jak swego czasu kupiłem kamerę, która miała nawet dużą rozdzielczość. Zanim miałem pierwszą kamerę internetową nie byłem w ogóle świadomy, że taki problem może istnieć. Myślę, że w kontekście tego projektu warto o tym wspomnieć, bo ktoś kupi kamerę opisaną jako 30FPS na znanym portalu i po pierwszej próbie będzie rozczarowany.

Jakiś czas temu dostałem najtańszą kamerę jako gadżet i z jej użyciem nagrałem filmiki obrazujące problem:
https://www.youtube.com/playlist?list=PL3EBC1F8A985F822A
Myślę, że nie ma sensu tu przepisywać, w opisach playlisty i filmów dokładnie opisałem, na czym polega problem. Krótko pisząc, chodzi o to, że jak producent podaje, że kamera nagrywa 30FPS, to ja oczekuję, że kamera nagrywa 30FPS niezależnie od natężenia oświetlenia (jedynie większy szum przy słabym świetle). Sprawdzałem dwie lepsze kamery i z nimi było to samo, próbowałem różnych ustawień w programach do tych kamer i nie dało się tego wyłączyć. Jakiś czas później stwierdziłem, że nowsze kamery internetowe i te wbudowane w laptopy maja podobny problem. W przypadku Skype lub monitorowania domu nie szkodzi, ale do takich systemów jest to ważne.

Natomiast kamera analogowa telewizyjna (VHS-C, HI8 itp.) a także kamerki analogowe do CCTV nie mają w ogóle takiego problemu i chyba lepiej się sprawdzi w tej roli niż webcam, a na portalu jest tego pełno za grosze, do tego jest potrzebny video grabber. Każda kamera analogowa nagrywa 720x288 pikseli 50FPS (640x240 60FPS dla urządzeń NTSC) bez względu na oświetlenie (jedynie większe lub mniejsze szumy).

Czasem potrzebowałem zarejestrować nieokresowy przebieg cyfrowy i ja dysponuję oscyloskopem analogowym. Ja sfilmowałem ekran oscyloskopu kamerą cyfrową w rozdzielczości 1080i otrzymując nagranie 25FPS, a w praktyce można powiedzieć, że otrzymuję nagranie o rozdzielczości 1920x540 50FPS. Potem przeglądałem nagranie klatka po klatce i raz wyświetlony przebieg utrzymywał się przez ok. 10 klatek.

zdziwiony wrote:

Chyba miałeś tego Siglenta ustawionego w tryb łączenia punktów w których próbkuje linią i taki efekt.

"Próbkuje linią"? Masz na myśli "łączenie" pojedynczych punktów próbkowania? W oscyloskopie, w którym producent deklaruje częstotliwość próbkowania 500MSa/s takie odkształcenia sinusoidy powinny być wyraźnie widoczne, a "gęstość" próbek na ekranie taka, że nie potrzebna jest funkcja "łączenia" punktów, jak w cyfrowych oscyloskopach z końca lat 80. Ale nie od dziś wiadomo ile warte są tanie cyfrowe oscyloskopy noname (Siglent, Rigol etc)

Quote:

ile warte są tanie cyfrowe oscyloskopy noname (Siglent, Rigol etc)

Rigol noname ? Biorąc pod uwagę takiego ds1054z i jego stosunek możliwości do ceny twoja wypowiedź jest dość ryzykowna... Mam m.in. te właśnie oscyloskop i dzięki nim zarobiłem dużo pieniędzy zawodowo... Oczywiście nie sprawdzi się tam gdzie nie wystarczy pasmo ale poza tym to jest bardzo dobry sprzęt.

zdziwiony wrote:

Chyba miałeś tego Siglenta ustawionego w tryb łączenia punktów w których próbkuje linią i taki efekt.
Linia.


Punkty

[/img]

Otóż pragnę kolegę rozczarować, ale tym sposobem to można co najwyżej wygląd przytoczonego prostokąta lub przebiegów szpilkowych zmienić. Dla przykładu który podałem zmiana trybu rysowania z 'kropki' na 'linie' dużo nie zmienia.

Nadal nie zobaczymy drobnych detali które od razu zauważymy na analogowym.
Tzn coś tam zobaczymy jesli detale sa duze, ale ladne to nie bedzie:


Po prostu 'pikseloza' wyświetlacza jest większa niż detale pokazane na oscyloskopie analogowym... a wstawienie tu wyświetlacza HD wiele nie przyniesie, gdy oscyloskop ma 8 nadal bitowy przetwornik czyli max 256 poziomów i jak nie na wyświetlaczu, to na przetworniku ale zgubimy drobne detale.

Dopiero oscyloskop DPO + 10-12bit rozdzielczości + ekran dużej rozdzielczości i możemy o takich detalach rozmawiać. A to już nie jest na kieszeń amatora...

Dodano po 6 [minuty]:

Thunderacer wrote:

W oscyloskopie, w którym producent deklaruje częstotliwość próbkowania 500MSa/s takie odkształcenia sinusoidy powinny być wyraźnie widoczne, a "gęstość" próbek na ekranie taka, że nie potrzebna jest funkcja "łączenia" punktów, jak w cyfrowych oscyloskopach z końca lat 80.

Problem jest tu z głównie rozdzielczością wyświetlacza oraz 8 bitowego przetwornika A/C.Oczywiście po zwiększeniu wzmocnienia i po rozciągnięciu podstawy czasu schodki w sygnale można doskonale zaobserwować więc jak pisałem nie ma żadnego problemu z częstotliwością próbkowania.



Oscyloskop taki daje też radę grubo powyżej deklarowanego pasma (60MHz) i np przy 100MHz daje podobne odczyty jak oscyloskopy 100MHz. Nie tutaj jest problem...

Problem jest z rozdzielczością ekranu oraz 8 bitowego przetwornika...